基于VR技术的仿真虚拟教学资源应用开发

杨 波

（吉首大学教师技能训练中心 湖南 吉首 416000）

1 引言

VR全称Virtual Reality，中文译名虚拟现实又或灵境技术。其内涵是指，综合利用计算机图形系统的各种现实及控制设备，为观察者提供沉浸感觉的三维虚拟环境。

在智能终端普及以前，受技术、设备及成本影响，VR发展缓慢。但随着高性能智能手机等终端设备，以及低成本VR光学眼镜的推广，VR开始进入高速发展期[1]。此时利用VR技术的特性，在教育改革中尝试VR虚拟教学资源的开发与应用研究，对提高教学效率，增加教学手段意义重大。

2 VR在教学中的应用现状

教育必须借助技术手段来予以实施，因此技术的革新必然会带来教育的改革。PC时代的到来，为我们提供了CAI（计算机辅助教学）教学模式，随之而来的是各种课件资源的开发和应用；在线时代的到来，为我们提供了MOOC教学模式，随之而来的是各种微课资源的开发与应用；现在是智能移动终端的时代，它能带给我们什么？

2.1 国外利用VR仿真虚拟教学的研究状况

VR为教学提供了一种新型的手段，目前在国内外已被广泛的应用在高等教育行业，以及特殊教育行业。从目前可考的资源来看，美国是VR的发源地，也是最早在教育行业运用VR技术的国家，其研究水平基本可代表国际VR的发展。

上世纪九十年代初，东卡罗琳那大学（美国）成立了虚拟现实技术与教育实验室(VREL)[2]。目的就是确认虚拟现实技术在教育上的适用性，考察虚拟现实技术对未来教育的影响，将虚拟现实与其它教育媒体进行比较。

在欧洲关于VR教育资源开发及应用的研究，以英国为首。英国第一个在教育中应用VR资源及技术的是West Denton中学，该校探索用VR进行教育应用的方法。

同时在教育方面对VR虚拟教学进行研究和探索的还有诺丁汉大学的VIRART(Virtual Reality Application Research Team)项目，其目标主要在于探索桌面VR设备。VIRART小组还和学校紧密合作，把桌面VR系统用于学习上有困难和身体严重残疾孩子的教育上[3]。

2.2 国内利用VR仿真虚拟教学的研究状况

国内在引进VR技术用于教育的研究主要有以下几个方面：

2.2.1 虚拟校园 早在上世纪90年代，天津大学就基于VRML国际标准在SGI硬件平台上开发了最早的虚拟校园。

在本世纪初的国家863成果展上，浙江大学展出了他们的虚拟校园。对虚拟现实技术与教育的结合起了“领头羊”的作用，让人们更加深一步不断了解和应用。

中央广播电视大学，基于游戏图形引擎，将其网络学院具体的实际功能进行了整合，拓展了功能，突破了虚拟现实技术的应用仅停留在校园的一般性浏览上，实现广泛应用。

强化大局意识。军民融合是国家发展战略，是必须长期坚持的一项基本国策。要切实强化军地各级、各部门“讲融合就是讲政治、抓融合就是抓建设、促融合就是促发展”的大局意识，充分认清军民融合是协调推进“四个全面”战略布局的重大举措，自觉打破狭隘的本位主义、部门利益和个人利益的束缚，切实把国防和军队建设融入经济社会发展体系，确保“四个全面”各项任务落到实处。

随着数字校园建设的深入，人们不再满足于对一般线上教学资源的浏览。探讨并应用高层次的教学迫在眉睫，基于教学、管理、服务的三维可感知虚拟数字校园不断完善，并初具规模，实现人们的心中所想。

2.2.2 虚拟教学 基于VR虚拟现实技术的特点，它在理工科的教学中应有前途广大。尤其在如建筑、机械等工科性较强的学科教学中都有着质的突破。

如，西南交通大学在工程教学上的虚拟现实应用研究，在目前流行的虚拟现实技术基础上，自行开发出了一系列高水平的计算机仿真和虚拟现实应用产品，在规划仿真、学员培训仿真及教学交互上取得了非常突出的成果。

同济大学则在其建筑学院的虚拟实验室建设中，就对建筑景观、建筑结构等教学内容进行了相关的仿真资源建设，使学生从更全方位的来进行学习，达到最终的教学目的，传播知识，应用于实践。

2.2.3 仿真实验 国内大多数仿真实验都还停留在PC终端，即利用计算机软件将人工智能、虚拟体验与教学有机的结合起来，为教育、教学开放了一个崭新的窗口。使教学内容、实验设备、教学指导与操作者的思考在虚拟平台上有机的融合。

当然也有少部分运用了纯图形三维的表现方式，让学生在一个虚拟实验室环境下进行操作，通过终端设备还原真实，达到更高的水平。

随着教育信息技术的快速发展，基于VR的数字教学资源建设、应用必将具有更加广阔的教育应用发展前景。我们必须紧跟形势，大胆应用，才能使我们的教育教学充满生机和活力。

3 VR在教学的应用及开发优势

3.1 新视角、新感受，为学习者提供沉浸式的学习体验

沉浸式的体验是指用第一人称视角体验并获取相关信息。

常规教学活动中，学习者获取信息的方式主要是通过旁观者的视角来观察获取。受环境因素影响，学习者在理解教师传递的信息时很容易受到各种干扰，不利于理解教师的教学意图。使用VR技术后，学习者可以直接沉浸到教学活动中，甚至是使用教师的第一人称视角来获取教学信息。

VR技术直接改变了学习者的 学习地位，为学习者提供了常规教学所无法企及的学习体验，其教学影响不言而喻。

3.2 低成本，高效率，开创仿真虚拟教学新领域

受环境、成本、安全等因素影响，仿真虚拟教学是高等教育，尤其是特殊专业教育所推崇的。在过去，仿真虚拟教学的实施主要通过两种方式来实现，一、建设专门的仿真虚拟教学教室；二、基于PC平台，通过三维软件让学习者模拟操作。但是，这些方式都有天然的瓶颈，巨大的投入、环境的局限、资源的开发都使仿真虚拟教学在一般高校难以为继。

VR资源开发利用的是现在已经非常成熟的电视技术，资源应用使用的是几乎人人都有的智能手机，唯一需要添置的设备就是淘宝上可以采购的，最低价格不足十元的VR眼镜。

其资源开发、建设投入将不再是仿真虚拟教学的拦路虎，摆脱专门教室和PC平台的限制，结合校园网内部传输便捷的特点，现有的网内视频教学资源平台立马就可以实现华丽的转身，变成具有学校特色，可独立开发、应用学校特有资源的仿真虚拟教学新阵地。

3.3 新资源、厚基础，让数字校园更智慧

“数字校园”是高等教育信息化进入高级阶段的表现形式。拥有新的、更能直观体验的“数字校园”，VR虚拟教学资源必不可少。我们建设校内的大平台、云资源库为的就是实现集体知识共生共荣，业务应用智能融合，团队协作便利充分，而这一切指向的目标只有一个，高效率的培养当前社会需要的人才。

随着智能终端的在现实生活中的广泛应用，探讨并进行智慧校园势在必行[4]。从校园数字教学资源来看，原来只能在特定场所，用旁观者角度获取的信息现在可以用第一人称视角来体验，新的智慧校园建设必须要考虑到未来的发展趋势。

基于VR技术的虚拟教学资源开发及应用能为数字校园更智慧提供资源支撑，为以后从VR教学转变为AR（增强现实技术）教学，数字校园变成智慧虚拟现实校园提供基础。